Aterros sobre Solos Moles: Manual para Engenharia Rodoviária

Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 1 Unidade 01 ATERROS SOBRE SOLOS MOLES 1 1 Introdução Tendo em vista os inúmeros problemas verificados em trechos rodoviários da malha brasileira construída sobre depósitos de solos moles assim como na construção de aterros em geral o Departamento Nacional de Estradas de Rodagens DNER através de seu instituto de Pesquisas Rodoviárias IPR tomou a iniciativa de densenvolver um manual sobre o assunto pioneiro no Brasil de modo a oferecer ao engenheiro rodoviário não necessariamente um especialista em mecânica dos solos uma fonte de consulta de grande utilidade Para tanto contratou a Geomecânica S A Tecnologia de solos Rochas e Materiais para desenvolver um manual sob a supervisão da Divisão de Pesquisas do IPR e a participação da Divisão de Estudos e Projetos também do DNER A construção de aterros sobre solos moles requer do engenheiro uma série de conhecimentos técnicos que abramgem desde as fases de investigação do terreno e de elaboração do projeto geotécnico propriamente dito até as de execução e de controle de obra O densenvolvimento deste assunto na disciplina tópicos utilizase de partes selecionadas pelo professor do Manual de Projeto e Execução de Aterros sobre Solos Moles DNERIPR Relatório RJ4218072B Maio90 Vista de área de solo mole fundação que receberá um aterro de rodovia Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 2 Vista aérea do trecho em solo sedimentar margens do Rio Paraibuna Construção do Aterro propriamente dito Menos complicado Assunto visto em outras disciplinas Vista aérea de uma jazida de solo Construção de aterro sobre solo mole Fundação Solo Sedimentar de origem aluvionar Ocorrência esperada de adensamento do solo argiloso mole que ocorre quase na totalidade dos casos Necessidade de transporte de solo para o aterro escolha de jazida com menor DMT possível EXEMPLO DE OBRA DE IMPLANTAÇÃO DE VIA COM TRECHO EM SOLO MOLE EM J FORA Acesso Norte 19951996 Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 3 1 2 Investigação Geotécnicas de Campo Introdução As investigações geotécnicas de campo em trechos rodoviários a serem implantados em aterros sobre solos moles devem ser programadas e executadas sob reígidos critérios sob a pena de insucessos nas fases de projetos e de execução da obra e fatalmente na operação da rodovia O conhecimento do perfil do subsolo ao longo das áreas de interesses bem como das características e doa parâmetros de compressibilidade e resistência ao cisalhamento das camadas de solos moles constitui condição fundamental para o desenvolvimento dos projetos O programa de investigações geotécnicas de campo deve prever a definição e o detalhamento dos perfis geotécnicos longitudinal e transversais ao longo dos trechos de interesse para permitir o desenvolvimento das soluções de projeto adequadas a cada caso Após a constatação nos estudos geológicos de afloramento desses sedimentos de alta compressibilidade ou da probabilidade de sua ocorrência em profundidade serão programadas as investigações a serem realizadas Para aterros extensos é recomendável a realização de uma sondagem a percussão piloto no ponto mais baixo do eixo projetado Se o resultado dessa sondagem confirmar a existência de camadas de solos de baixa consistências deverão ser executadas outras ao longo do eixo com afastamento máximo de 100 m de forma a definir uma seção geotécnica longitudinal do subsolo em toda a extensão do aterro Para aterros de pequena extensão serão executadas no mínimo três sondagens As sondagens devem ser executadas de acordo com a norma ABNT NBR6484 e até profundidades que delimitem a camada compressível e o terreno subjacente de maior resistência respeitando os critérios da paralisação estabelecidos na mesma norma Além dos perfis individuais dos furos de sondagem será desenhada a seção geotécnica longitudinal com base no perfil topográfico e nos resultados das sondagens executadas ao longo do eixo do aterro Sondagens Reconhecimento do subsolo a partir de sondagens À trado para simples reconhecimento superficial À percussão para reconhecimento da estrigrafia e do impenetrável Solo Mole Momenclatura atribuída à consistência de solo predominantemente argiloso com o valor do N SPT entre 3 e 5 segundo a NBR 7250 Tratase de solode origem sedimentar aluvionar com resistência ao cisalhamento extremamente baixa saturado NA elevado relativamente homogêneo em toda a profundidade do depósito São solos muitíssimo compressível característica relativa a sua capacidade de deformar Os solos ditos muito mole N SPT entre 0 e 2 apresentam todas as características destacadas acima porém em condições de comportamento ainda mais desfavorável A estes solos é comum se referir também como solo mole de uma forma generalizada Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 4 Exemplos de perfil de sondagem à trado e à percussão 1995 em que se observa grande ocorrência de solo mole até 170m Sondagem à Trado Sondagem à Percussão Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 5 a Investigações Detalhadas para Projetos Aterros covencionais As investigações detalhadas para projetos de aterros convencionais abramgem a realização de sondagens complementares para o detalhamento das seções geotécnicas longitudinal e transversal do subsolo coleta de amostras indeformadas da camada compressível com amostrador de tubo aberto para a execução em laboratório de ensaios de resistência ao cisalhamento e de compressibilidade ensaios de palheta in situ vane test ao longo da camada de argila de baixa consistência em furos de sondagem escolhidos nos locais de maiores altura e espessura da camada compreessível para a definição dos parâmetros de resistência ao cisalhamento Os critérios para a distribuição das sondagens complementares na área do aterro devem ser estabelecidos de modo a melhor caracterizar zonas críticas em termos de espessura da camada mole ou locais onde o perfil seja mais heterogêneo Algumas dessas sondagens devem ser executadas nas bordas do aterro para o conhecimento do perfil geotécnico também no sentido transversal Além desses critérios as sondagens complementares devem ser planejadas com as finalidades de coletar amostras indeformadas para ensaios de laboratório e de realizar ensaios de palheta dentro de um programa global de investigações visando a obtenção dos dados necessários às decisões de oprojeto remoção parcial ou total bermas altura crítica recalques ao longo do tempo drenagem vertical etc Os furos destinados à coleta de amostras e à realização de ensaios de palheta devem ser programados exclusivamente para cada uma dessas finalidades e posicionados próximo a um local sondado anteriormente de modo a facilitar a programação dos serviços Para possibilitar a caracterização integral do depósito mole a amostragem deve ser contínua ao longo da camada e os ensaios executados com espaçamento entre si de 10 m A quantidade de furos será determinada em função da natureza e do vulvo da obra devendo entretanto ser executados no mínimo três furos para amostragens e três para ensaio de palheta Para garantir a boa qualidade da amostragem devem ser utilizados diâmetros mínimos de 100 mm para os tubos de revestimento e de 75 mm para os tubos amostradores Aterros especiais Quando o vulvo dos problemas geotécnicos do aterro conduzirem a sua classificação como aterro especial as investigações geotécnicas de campo deverão ser mais amplas e envolver a participação de consultoria especializada em mecânica dos solos que desenvolverá de comum acordo com o DNER um plano de investigações adequado ao problema identificado Em princípio além das investigações previstas para os aterros convencionais será realizado um maior número de sondagens de grande diâmetro 100 mm 125 mm ou 150 mm e a coleta de amostras indeformadas será feita com amostrados de pistão estacionário também de grane diâmetro 75 mm 10 mm e 125 mm instalação de instrumentação geotécnica Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 6 Além dos ensaios de palheta in situ EP poderão ser executados ensaios de penetração de cone CPT e piezocone PCPT dilatômetro Marchetti DMT e permeabilidade in situ capazes de medir no campo propriedades e parâmetros dos solos moles de interesse para o desenvolvimento do projeto do aterro De acordo com as necessidades do projeto poderão ser executados apenas alguns ou excepcionalmente todos esses ensaios além de outros não citados neste manual desde que justificados As fotos abaixo ilustram um exemplo de área que receberá um grande aterro com finalidade de servir como uma barragem de terra que servirá para fechar o vale até então aberto com o objetivo de criar um reservatório para armazenamento de líquidos permanentemente Vista de área da área de fundação solo mole que receberá um aterro de barragem Vista em detalhe do terreno de fundação durante o início dos serviços para a construção do aterro Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 7 b Investigações Complementares Durante a Construção Durante a construção de aterros sobre solos moles mesmo os convencionais e a despeito da existência do projeto executivo é frequente a ocorrência de problemas não previstos rupturas e recalques que requerem um estudo especial para sua solução envolvendo eventualmente a realização de uma campanha de investigações específicas englobando sondagens adicionais coleta de amostras indeformadas e ensaios de campo e de laboratório Em cada caso o programa de investigações devem ser estabelecidos de comum acordo entre o DNER e o projetista No caso de aterros especiais o programa de investigações formulado para a fase de projeto conterá obrigatóriamente as investigações a serem realizadas durante a execução da obra 1 3 Investigações Geotécnicas de Laboratório Introdução Os ensaios de laboratório podem ser os correntes usuais ou especiais dependendo dos objetivos a serem alcançados e das dificuldades apresentadas pelos solos de fundações aplicandose geralmente a projetos de aterros convencionais e especiais respectivamente Os ensaios correntes são os de caracterização de adensamento edométrico triaxial UU e de cisalhamento direto no material de aterro Os especiais são os de caracterização não correntes análise mineralógica e teor de matéria orgânica de adensamento CRS e triaxial CU Execução de Ensaio Oedométrico de Adensamento Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 8 Moldagem de Corpo de Prova em Amostra Indeformada para ensaio de cisalhamento direto Ensaios Correntes Ensaios de caracterização Os índices físicos do solo são determináveis através de ensaios de caracterização que podem ser realizados com materias oriundos de restos de modelagem de corpos de prova de ensaios de resistência ou compressibilidade Os ensaios de caracterização a serem realizados e as respectivas normas de execução são ENSAIOS NORMA Limite de liquidez LL ABNT NBR6459 Limite de plasticidade LP ABNT NBR7180 Análise granulométrica ABNT NBR7181 Densidadede real dos grãos ABNT NBR6508 Com relação aos ensaios de limites de liquidez e de plasticidade recomendase que sejam realizados sem a secagem prévia do material ao contrário do prescrito nas respectivas normas Para classificação dos solos efetuada em função dos resultados dos ensaios de caracterização recomendase a adoção do Sistema Unificado de Classificação dos solos USCS Ensaios de Adensamento Oedométricos Os ensaios edométricos visto no curso de Mecânica dos Solos II vizam a obtenção de parametros de compresssibilidade e de adensamento para o cálculo de recalques e de sua variação com o tempo Para obtenção de bons resultados nestes ensaios recomendase a utilização de amostradores de pistão estacionário com diâmetro superior a 100mm e corpos de prova com diâmetros menores que o do mostrador mas nunca inferiores a 50mm Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 9 A amostra do solo deve ser ensaiada sob a condição de deslocamento lateral nulo em um anel edométrico iniciando com uma tensão vertical em torno de 10kPa aplicada à amostra e mantida constante durante 24 horas período durante o qual os deslocamentos verticais da amostra serão registrados em intervalos crescentes A seguir a tensão vertical será duplicada efetuandose o registro dos deslocamentos verticais Em geral são aplicados de oito a dez incrementos de carga duplicandose sussecivamente a tensão vertical até que o valor máximo desejado seja alcançado Recomendase que este valor seja no mínimo cerca de duas vezes a tensão vertical atuante e nunca inferior a 800kPa O ensaio de adensamento é detalhado numa norma da ABNT incorpora procedimentos de ensaios e cálculo mais recentes Os itens enfatizam recomendações específicas paras solos moles Principais parâmetros Consultar as Notas de Aula de Mecânica dos Solos II Coeficiente de adensamento CV O coeficiente de adensamento CV pode ser calculado pelos métodos de Taylor e de Casagrande este conhecido também por método log t Entretanto observase a forma da curva de adensamento dos estágios iniciais representada no gráfico log t em geral não permite o cálculo de CV para estes estágios razão pela qual recomendase a adoção do método de Taylor Parâmetros de compressibilidade Os parâmetros de compressibilidade índice de compressão CC e índice de recompressão CR são obtidos através da curva de índice de vazios e versos tensão efetiva vertical log V conforme ilustrado na figura 01 pela qual se observa que é incorporado ao ensaio um ciclo de carga e descarga No caso de argila muito mole são recomendados pequenos incrementos de carga com uma relação V V 05 no ínicio do ensaio de forma a se obter uma melhor definição da pressão de sombreamento Vm O coeficiente de compressão secundaria é calculado para um incremento de carga através do gráfico de índices de vazios versus tempo escala log mostrado na figura 02 C e log t Figura 01 Gráfico de índice de vazios versus tensão vertical Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 10 Figura 02 Gráfico de índices de vazios versus tempo No caso de amostras de boa qualidade de argilas muito moles o trecho vigem não é linear Nesse caso devese determinarar o valor CC para o domínio de tensões efetivas representativo das condições de campo conforme ilustrado na figura 03 onde V é o acréscimo de tensão vertical total na profundidade de interesse Figura 03 Determinação de CC no caso de trecho virgem não linear Coeficiente de permiabilidade k O coeficiente de permeabilidade pode ser obtido indiretamente a partir do ensaio de adensamento oedométrico pela seguinte equação baseada na teoria de adensamento de Terzaghi k CV mV a onde CV coeficiente de adensamento mV coeficiente de compressibilidade volumétrica a peso específico da água Entretanto como a utilização dessa equação resulta em valores de k subestimados em decorrrência de deficiências da teoria de Terzaghi o coeficiente de permeabilidade pode ser medido alternativamente de forma direta através de uma fórmula de adensamento figura 04 na qual a drenagem pela base pode ser separada da drenagem da água pelo topo da célula através de uma torneira Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 11 Figura 04 Esquema da célula de adensamento Na torneira é conectada uma bureta graduada na qual é feita a medição em um ensaio de permeabilidade de carga variável no final do estágio de 24 horas de funcionamento Dependendo da permeabilidade do solo é utilizado outro período de 24 horas para a medição findo o qual aplicase outro estágio de carregamento e assim por diante O cálculo de k é feito pela equação k 23 a L log h1 At2 t1 h2 onde a área de seção tranversal do tubo A área do corpo de prova de altura L t1 e t2 tempos nos quais as alturas h1 e h2 são medidas no tubo Através desse procedimento é possivel obter a variação do índice de vazios com a permeabilidade sendo esses dados representados no gráfico e versus k superposto no gráfico e versus log V Ensaios Triaxiais UU O ensaio triaxial não consolidado não drenado ou simplesmente ensaio triaxial UU objetiva definir a resistência não drenada Su do solo de fundação a ser utilizada na análise de estabilidade O ensaio é realizado considerando condições idealizadas de campo nas quais a construção do aterro é rápida o suficiente para não permitir o adensamento do solo argiliso da fundação de modo que a resistênsia deste durante o carregamento seja a mesma de antes da construção Contudo o tempo de construção de um aterro não tem tal rapidez fato que aliado ao alto valor insitu inicial o coeficiente de adensamento faz com que haja alguma drenagem durante a construção Com isso os resultados obtidos em um ensaio triaxial UU são conservadores No ensaio triaxial UU a amostra de solo é cisalhada na mesma unidade in situ Assim nenhum adensamento é permitido na execução A figura 05 mostra o esquema da célula triaxial usada nesse ensaio Recomendase o uso de corpos de prova com diâmetro de 100mm ou 50mm e relação altura diâmetro variando entre 20 e 25 O ensaio é realizado em duas fases na primeira é aplicada uma pressão confinante C e na segunda o corpo de prova é cisalhado aumentandose a tensão desvio 1 3 e registrandose a deformação do corpo de prova cuja velocidade deve ser de cerca de 05mmmin e nunca superior a 10mm min para as dimensões do corpo de prova aqui recomendadas Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 12 O valor da tensãodesvio máxima 1 3 máx correspondente à condição de ruptura é então obtida conforme indicado na figura 06 onde se verifica que a resistência não drenada do solo Su é igual a 1 9 máx 2 o que corresponde à condição 0 Figura 05 Esquema da célula triaxial para ensaios UU Figura 06 Apresentação de resultados do ensaio UU Quando realizado com tensão confinante nula o ensaio é de compressão simples e não requer uso da célula triaxial Neste caso o corpo de prova fica exposto durante o ensaio e sua umidade pode variar podendo resultar em uma resistência maior que a medida em um ensaio triaxial UU Por essa razão que o ensaio UU é considerado melhor que o de compressão simples sendo portanto o recomendado O ensaio de compressão simples é descrito na norma DNER IE 04 onde a resistência não drenada é chamada de coesão da solo Os procedimentos adotados neste ensaio são em grande parte válidos para o ensaio UU exeto quando à fase de aplicação da pressão é confinante Os resultados dos ensaios triaxiais UU são muito influenciados pelo alongamento do solo Em particular os resultados dos módulos de deformação do solo Eu por exemplo são menos confiáveis que os ensaios CU Por outro lado os resultados de Su do ensaio UU são em geral dispersos Por essas razões recomendase a realização de mais de um ensaio UU em cada profundidade e com ensaios em vários pontos de uma mesma vertical da camada mole para uma boa definição da variação da resistência com a profundidade Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 13 Ensaios de Cisalhamento Direto do Material do Aterro Tendo em vista que não é possível o perfeito controle das condições de drenagem durante o ensaio de cisalhamento direto recomendase que os ensaios sejam do tipo lento As amostras do material do aterro devem ser compactadas e em condições de umidade e peso específico bastante próximas das do campo Devem ser realizados no mínimo de três com o objetivo de definir a envoltória em tensões efetivas para a obtenção de c e a ser utilizada na análise de estabilidade da obra A velocidade v a ser adotada deve ser v lf 50 t 50 onde lf deslocamento para a condição de ruptura t50 tempo necessário para o solo atingir 50 do adensamento para a carga normal aplicada Figura 07 Aspecto do equipamento durante a realização de ensaio e o detalhe da caixa de cisalhamento com o extensômetro para medição da deformação vertical do CP Figura 08 Traçado da envoltória de resistência ao cisalhamento para a obtenção dos parâmetros c e Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 14 1 4 Análise de Estabilidade e de Recalques em Projetos de Aterros sobre Argila Mole 1 4 1 Análise de Estabilidade Roteiro para Análise de Estabilidade Tanto nos projetos convencionais quanto nos especiais de aterros sobre argila mole a análise de estabilidade deve ser desenvolvida de acordo com o roteiro básico a seguir em ordem crescente de detalhamento do projeto a Cálculo da altura máxima admissível do aterro para a resistência média não drenada Su da fundação b Definição do talude do aterro para o qual se recomenda a inclinação de 1V 2H e de sua resistência mediante a utilização no caso de aterros com altura superior a 30 m dos ábacos de Pilot e Moreau 1973 que consideram a resistência do aterro at 0 cat 0 e admitem a resistência Su da argila mole constante com a profundidade no caso de aterros com altura h inferior a 30 m dos ábacos de Pinto 1974 que desprezam a resistência do aterro mas admitem Su constante com a profundidade c Análise de estabilidade utilizando métodos de fatias e com o apoio de programas de computador através dos métodos de visto com detalhes na Unidade 04 deste curso Bishop simplificado quando forem previstas superfícies potenciais de ruptura do tipo circular casos correntes Janbu simplificado quando forem previstas superfícies potenciais de ruptura do tipo não circular casos especiais Se a altura máxima admissível de aterro calculada em a for igual ou superior à altura em projeto o aterro poderá ser construído em uma etapa conforme detalhado a seguir Se for inferior o aterro deverá ser construído em etapas ou com bermas PROJETOS CONVENCIONIAS Figura 09 Aspecto de aterro com 40m de altura construído sobre solo mole Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 15 Análise em termos de tensões totais e de tensões efetivas A análise de estabilidade de um aterro sobre argila mole pode ser realizada em termos de tensões totais 0 ou em termos de tensões efetivas A primeira é uma análise simples que exige o conhecimento apenas da resistência não drenada Su do solo de fundação também designada pelo simbolo c coesão no caso de argilas moles razão pela qual é recomendada para aterros constituídos em uma etapa Na segunda além dos parâmetros efetivos c e do solo é preciso conhecer os excessos de poropressões gerados pela construção do aterro sendo consequentemente uma análise mais complexa e onerosa não recomendado para aterros construídos em uma etapa podendo porém se justificar no caso de aterros construídos em várias etapas Definição dos parâmetros de resistência Para a análise em termos de tensões totais o perfil de variação da resistência não drenada Su com a profundidade deve ser obtido com base nos resultados de ensaios de laboratório compressão simples ou preferencialmente triaxial UU e de palheta A experiência brasileira recente Ortigão et al 1987 Ortigão 1988 sugere que os resultados do ensaio de palheta não devem necessariamente ser corrigidos conforme proposto por Bjerrum 1972 Assim enfatiza se a necessidade de realização de ensaios UU não consolidado não drenado e de palheta de campo para a definição do perfil final de resistência a ser utilizado em projeto No estado atual do conhecimento brasileiro recomendase quando os perfis de resistência de laboratório e de campo forem relativamente próximos seja adotado um perfil médio de resistência Se ao contrário houver uma grande diferença entre tais perfis é recomendável a construção de aterro experimental e levado à ruptura para a definição da resistência não drenada in situ A resistência do aterro também deve ser considerada na análise de estabilidade pois do contrário o projeto se torna conservador A importância da consideração dessa resistência cujos parâmetros são obtidos através de ensaios de cisalhamento direto é proporcional à altura do aterro Entretanto podem ser feitas estimativas preliminares do fator de segurança do aterro sem a consideração de sua resistência utilizando por exemplo os ábacos de estabilidade descritos adiante a Cálculo da altura máxima admissível do aterro para a resistência média não drenada Su da fundação Uma estimativa inicial da altura crítica HC de um aterro sobre a argila mole pode ser feita utilizandose teorias de capacidade de carga No caso de depósitos profundos a altura crítica HC é calculada em relação à largura do aterro por HC 514 Su 1 onde Su é a resistência não drenada da camada de argila e o peso especifico do aterro A altura do aterro será então H HC FS sendo o valor FS 15 O valor de H assim definido despreza a inclinação do talude a resistência do aterro e a variação de SU com a profundidade mas pode ser útil para cálculos bastante preliminares Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 16 No caso de aterros de largura média B da base grande em relação à espessura da camada h ou seja B h 15 deve ser utilizada a figura 10 para a obtenção do valor do fator de capacidade de carga NC a ser empregado no lugar de 514 na equação 1 Figura 10 Ábaco para cálculo de altura crítica de aterros b Definição do talude do aterro e de sua resistência mediante a utilização dos Ábacos para depósito com resistência constante com a profundidade Um ábaco muito conhecido para o cálculo de bermas de equilíbrio é o de Jacobson aplicável a solos moles com resistência não drenada constante com a profundidade não levando em conta a resistência do aterro A figura 11 apresenta o roteiro para o cálculo de bermas por esse método Pilot e Moreau 1973 também desenvolveram vários ábacos incluindo casos de aterros com bermas de equilíbrio que consideram a geometria e a resistência do aterro c 0 e 0 A figura 12 apresenta ábacos para um aterro simples 35 e três inclinações de talude Figura 12 Äbaco para análise de estabilidade de aterro sobre depósito com resistência constante com a profundidade Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 17 Exemplo 1 Considerese um aterro com altura H28m largura da base igual a 30m peso específico 18 kN m3 e talude com inclinação de 1 V 2 H sobre uma camada de argila de 12m de espessura e SU 15kPa conforme ilustrado na figura 13a Neste caso temse NC 552 de acordo com a figura 10 HC 552 Su 552 15 460m 18 FS 460 164 280 Figura 13 Exemplos para o uso de ábacos de estabilidade Aplicando os ábacos de Pilot e Moreau temse N 15 030 18 28 h H 12 28 43 Aplicando o diagrama da figura 12 correspondente à inclinação de 1V2 H e considerando que para hH 15 os valores de FS 170 Verificase assim que a consideração da resistência do aterro e da inclinação do talude nos ábacos de Pilot e Moreau resultam em um valor de FS mais realista e superior ao obtido com o cálculo da altura crítica Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 18 Ábacos para depósito com resistência crescente com a profundidade Um cálculo considerando o crescimento da resistência com a profundidade qua é uma característica comum nos depósitos de argila mole pode ser realizado pelos ábacos de Pinto 1974 mostrados nas figuras 14 e 15 respectivamente para depósitos profundos e rasos Figura 14 Ábaco para a análise de estabilidade de aterro sobre depósito profundo com resistência crescente com a profundidade Figura 15 Ábaco para a análise de estabilidade de aterro sobre depósito raso com resistência crescente com a profundidade Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 19 Esses ábacos não consideram a resistência do aterro mas podem ser úteis no caso de aterro baixos situação em que a parcela de resistência proporcionada pelos mesmos será relativamente pequena em comparação com a parcela devida à massa de argila Exemplo 2 Adotando o aterro do exemplo 1 porém considerando a resistência crescente com a profundidade definida por Suo 3kPa e s1 2kPa m conforme ilustrado na figura 13 b temse um valor médio de resistência da camada de argila igual a Su 2Suo s1 x h 2 3 2 12 15kPa 2 2 ou seja igual ao valor constante do exemplo 1 Entretanto o valor esperado para FS deve ser inferior ao daquele exemplo como visto a diante Para aplicação dos ábacos de Pinto temse s1 d 2 56 373 Suo 3 s1 h 2 12 8 Suo 3 Utilizando o gráfico da figura 14 visto que s1h Suo 15 obtémse NC 13 e f NC Suo 13 3 39 28 18 504 FS 39 077 504 Comparando os resultados dos exemplos 1 e 2 verificase que a variação da resistência com a profundidade tem grande influência no valor do fator de segurança Para aterros coesivos baixos recomendase considerálos como totalmente fissurados utilizando diretamente portanto os ábacos de Pinto Porém uma análise empregando um programa de computador considerando o aterro c 0 e 0 pode levar a uma subestimativa considerável do fator de segurança porque o momento instabilizante devido a uma cunha ABD na figura 16 se erroneamente considerado pelo programa abaixará substancialmente o valor do mesmo Assim o programa deve ser adaptado para considerar uma superfície de ruptura composta BC como ilustrado na mesma figura O resultado de um programa com tal alteração utilizasndo o método de Bishop simplificado deverá ser virtualmente o mesmo que o obtido pelo ábaco de Pinto Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 20 Figura 16 Analise de estabilidade de aterro fissurados c Análise de estabilidade utilizando métodos de fatias e com o apoio de programas de computador através dos métodos de visto com detalhes na Unidade 04 deste curso Método de Bishop simplificado para superfícies circulares A análise de estabilidade de aterros sobre argila mole para o caso genérico de superfícies circulares deve ser efetuada pelo método de Bishop simplificado no qual o fator de segurança FS é calculado pela seguinte equação cujas variáveis estão definidas na figura 17 ci li Wi ui li FS cos i Wi sen i 1 tg i tg i F Figura 17 Ánalise de estabilidade de superfícies circulares pelo método de bishop Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 21 O fator de segurança adotado na prática deve ser da ordem de 15 pois valores menores resultarão em deformações prejudiciais ao uso da rodovia Poderão ser adotados FS de até 13 apenas quando as deformações forem toleráveis devendo tais valores serem justificados Atualmente análises de estabilidade de taludes são feitas em computadores de grande porte ou em microcomputadores porém a utilização dos programas deve ser precedida de testes sobre sua confiabilidade Os problemas algumas vezes associados à solução matemática do método de Bishop simplificado Whitman et al 1967 Ducan et al 1981 Ching et al 1983 devem ser considerados Palmeira et al 1979 discutiram a superação desses problemas para o caso específico de aterros sobre solos moles Exemplo 3 Considerese um caso típico de aterro de 5m de altura dotado de uma berna de 2m de altura e 10m de largura assente sobre um depósito com nível dágua na superfície do terreno e contituído de uma camada superficial de areia com 2m de espessura seguida de duas camadas de argila sendo uma muito mole com 2m de espessura e resistência não drenada constante igual a 5kPa e a outra mais resistente com 6m de espessura e resistência não drenada crescente linearmente com a profundidade 10 a 20kPa Os parâmetros de resistência adotados para o aterro e a areia são indicados no quadro 1 FATIA h1 h2 h3 h4 1h1 2h2 3h3 4h4 p ihi m kPa 1 25 45 45 2 50 10 90 19 109 3 50 20 10 90 38 135 1415 4 50 20 20 16 90 38 27 24 179 5 35 20 20 44 63 38 27 66 194 6 20 20 20 58 36 38 27 87 188 7 20 20 20 58 36 38 27 87 188 8 10 20 20 48 18 38 27 72 155 9 20 20 24 38 27 36 101 10 20 10 38 135 515 11 10 19 19 CAMADA TIPO kN m3 c kPa 1 Aterro 180 5 20 2 Areia 190 0 28 3 Argila 1 135 5 0 4 Argila 2 155 Variável 0 Água w 10 kN m3 Quadro 1 Cálculo das pressões verticais nas fatias A figura 18 mostra a posição de um círculo de ruptura escolhido arbitrariamente com 22m de raio tangenciando o limite da camada argilosa inferior e dividido em 11 fatias aproveitando os pontos de mudança das camadas Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 22 Figura 18 Exemplo de cálculo pelo método de Bishop simplificado A figura 19 mostra a planilha de cálculo utilizada Como há mais de um tipo de solo envolvido calculouse a parte o valor da pressão vertical na base de cada fatia quadro 1 Como o fator de segurança F aparece implicitamente na equação que fornece Fs fator de segurança F calculado é necessário realizar um cálculo iterativo Adotouse inicialmente F 100 obtendo se Fs 1160 a segunda iteração partiu de F 110 obtendose Fs 1156 Para confirmação realizouse uma terceira iteração com F 120 obtendose Fs 1162 Construiuse então um gráfico como mostrado abaixo de F versus Fs na mesma escala A reta a 45 intercepta a curva de variação de F versus Fs em 116 que é o valor desejado Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 23 O cálculo por computador seria feito com um número maior de fatias teria maior precisão e forneceria para Fs um valor ligeiramente diferente Devese obsevar ainda que o círculo adotado não é o mais crítico e que seria necessário calcular os para raios menores Se isto fosse feito terseia encontrado para a posição de centro do círculo o valor Fs 106 1 4 2 Análise de Recalques Para a análise de recalques são calculados usualmente o recalque total e a variação do recalque com o tempo Figura 19 Registro de área próximo à UFJF rua marginal ao córrego de São Pedro antes da construção do Germann Village abaixo na foto correspondente a bacia de solo sedimentar compressível e do início da implantação da via que apresenta hoje recalque considerável junto a ponte que dá acesso ao início do acesso São Pedro seta Recalque total O recalque total de um aterro sobre argila mole tem três componentes recalque não drenado ou recalque imediato que está associado a deformações elásticas cisalhantes a volume constante logo após a colocação do aterro sobre o terreno recalque por adensamento primário ou recalque por adensamento que em geral responde pela maior parcela do recalque total recalque por compressão secundária ou recalque secundário que é decorrente da compressão do esqueleto sólido e portanto não está asssociado à expulsão da água dos vazios do solo a O recalque imediato é calculado com base na equação Si 2q x b 1 x I 1 E onde q incremento de tensão vertical decorrente do aterro ou seja produto da altura do aterro pelo seu peso específico b semilargura da plataforma do aterro E e parâmetros elásticos do solo de fundação I fator de influência obtido da figura 20 Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 24 Considerando o solo de fundação saturado temse para a equação 1 u 05 e E Eu sendo E determinado através do ensaio triaxial consolidado não drenado CU se houver resultados disponíveis ou por meio de correlações como a apresentada na figura 21 Figura 20 Ábaco para cálculo de tensões verticais induzidas por um aterro Figura 21 Variação da relação EuEu com o índice de plasticidade em razão de sobreadensamento O ábaco de cálculo de tensões verticais de Osterberg 1957 considera o aterro com uma distribuição trapezoidal igual a seu peso em cada ponto da superfície carregada ou seja despreza a rigidez do aterro hipótese aceitável em casos práticos e utiliza o princípio da superposição como exemplificado na figura 22 No caso de bermas é prática corrente Leroveil et al 1985 considerar a profundidade z para a parte superior do aterro acima da berma a partir de seu topo conforme apresentado na figura 23 Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 25 Figura 22 Princípio de utilização do ábaco de Osterberg para aterro simples Figura 23 Princípio de utilização do ábaco de Osterberg para aterro com bermas b O recalque por adensamento primário é calculado para o caso de carregamento de um solo da condição sobreadensada para normalmente adensada pela equação So Cs x h x log vm Cc x h x log vf 2 1 eo vo 1 eo vm onde Cc índice de compressão Cs índice de recompressão h espessura da subcamada correspondente eo índice de vazios da subcamada vm tensão de sobreadensamento no meio da subcamada vo tensão efetiva vertical in situ no meio da subcamada vf tensão vertical final no meio da subcamada decorrente da sobrecarga do aterro na superfície ou seja vf vo onde o acréscimo de tensão vertical q x I definidos na equação 1 Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 26 Exemplo 4 Considerese um aterro sobre argila mole com as características geotécnicas e geométricas indicadas na figura 24 sobrecarga aterro q al x hal 18 x 45 81kpa e acréscimo de tensão vertical em cada subcamada q x I onde I 10 pois a base do aterro é grande em relação à espessura da camada de argila Bh 40B 5 Fig 24 Exemplo para cálculo de recalques por adensamento primário O cálculo de recalques aplicando a equação 2 resulta em z m h m vm a kPa vm b kPa vf kPa 0 1 e Cs 0 1 e Cc S m 10 20 40 200 850 0042 0208 031 30 20 130 260 940 0041 0179 022 50 20 230 460 1040 0041 0179 015 70 20 340 340 1150 0032 0133 014 S S 082 m a vo v uo 10 z w 10 kNm³ na profundidade z b vm vo x OCR Variação do recalque com o tempo O cálculo da variação de recalques com o tempo deve ser feito pela teoria de Terzaghi aplicandose a equação onde Sa t recalque por adensamento em um tempo t qualquer Sa recalque final por adensamento calculado por exemplo pela equação 2 U grau de adensamento médio para o tempo t S xU t S a a 07 Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 27 O valor de U é calculado em função do tempo T definido por onde Hd é o comprimento máximo de drenagem da camada compressiva Assim no caso de camada com fronteiras drenantes superior e inferior Hd é igual à metade da espessura h da camada no caso de camada com apenas uma fronteira drenante H h A relação entre o grau de adensamento U e o fator de tempo T é fornecida pelo quadro 2 válido para o caso de excesso de propressão inicial constante ou linearmente variável com a profundidade condição na qual a grande maioria dos casos práticos se encontram Quadro 2 Relação entre o tempo T e o grau de adensamento U para excesso de progressão constante ou linearmente variável com a profundidade As etapas a serem seguidas para o cálculo da variação de recalques com o tempo são a cálculo do recalque por adensamento Sa equação 2 ou 3 b estimativa do valor de Cv a ser adotado c para um dado valor de t cálculo do fator de tempo T equação 08 d para o valor de T calculado obtenção no quadro 2 do valor de U e cálculo do valor de Sa t pela equação 07 f repetição das etapas c e para vários valores de tempo t até que seja obtido um valor de U próximo de 90 A utilização da equação 08 exige que se escolha um coeficiente de adensamento Cv representativo do depósito Entretanto como Cv varia com o nível de tensão aplicado de posse da curva Cv log Cv de uma amostra representativa de laboratório devese utilizar o valor de Cv médio entre as tensões efetiva in situ c e final c Por outro lado sabese que a velocidade de recalque prevista com Cv medida em laboratório é em geral mais lenta que a observada in situ ou seja resulta em valores de 5 a 10 vezes menores Para superar tal dificuldade há vários caminhos dois dos quais lançando mão de ensaios in situ O primeiro consiste na realização de ensaios de permeabilidade en situ e no cálculo de Cv pela equação onde K coeficiente de permeabilidade in situ mv coeficiente de compressibilidade volumétrica medido no ensaio de adensamento edométrico para a tensão efetiva média in situ v peso específico da água 2 d v H c x t T 08 w v v k x m x C Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 28 1 5 Soluções para aceleração de recalques Segundo Almeida 1996 em seu livro Aterro sobre Solos Moles ao planejar a construção de um aterro sobre solo mole várias são as alternativas A primeira delas consiste em evitar o problema removendo a camada mole alternativa esta utilizada quando a camada é de espessura relativamente pequena em geral até cerca de 4m Não sendo esta alternativa viável constróise o aterro sobre a camada mole Esta construção podese dar em uma única etapa caso o fator de segurança quanto a ruptura seja aceitável ou em várias etapas caso seja desejável permitir o contínuo ganho de resistência da camada de argila mole durante cada etapa O aterro pode ser construído em seção trapezoidal simples ou com bermas laterais para aumentar o fator de segurança Geotêxteis na interface aterrofundação são também utilizados para aumentar o fator de segurança contra a ruptura As técnicas utilizadas para aceleração ou diminuição de recalques de aterros sobre solos moles são apresentadas na tabela 01 Dentre estas técnicas uma das mais utilizadas é a de drenos verticais na camada de argila mole visando acelerar os recalques Neste último caso o précarregamento com sobre altura de aterro é muitas vezes utilizado Estacas granulares com o objetivo de acelerar e diminuir recalques e aumentar o fator de segurança contra a ruptura são menos utilizadas no Brasil mas largamente utilizadas no exterior Algumas das técnicas mencionadas acima são objeto de abordagem neste curso Tabela 01 Principais características dos métodos utilizados para controle de recalques Segundo Almeida 1996 adaptado de Magnan 1994 Método Dados necessários Desvantagens Confiabilidade Comentários Pré carregamento Compressibilidade permeabilidade Tempo necessário Baixa se recalques desejados são pequenos Lento e barato Pré carregamento com drenos verticais Compressibilidade Permeabilidade horizontal e vertical Menor tempo necessário que pré carregamento simples Mais confiável Rápido e relativamente caro Substituição da argila Espessura da camada Local para disposição do solo extraído Boa em casos de total substituição Rápido e caro Colunas granulares Resistência do solo e módulos Equipamento testes de campo preliminares Boa após análise dos testes de campo Rápido e caro Lajes estaqueadas Resistência do solo Boa Muito caro Letroosmose Propriedades físico químicas compressibilidade permeabilidade Destruição de eletrodos eletricidade necessária Incerta Muito caro Aterro com materiais leves Compressibilidade permeabilidade Proteção do material leve Baixa se recalques desejados são pequenos caro Aterros estaqueados Resistência do solo e módulos Boa Rápido e caro Colunas de argamassa injetada Resistência do solo e módulos Boa Rápido e caro Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 29 Apresentaremos neste curso algumas das técnicas utilizadas para a aceleração dos recalques desenvolvidos em camadas de solo mole a Drenos verticais Quando a espessura do solo argiloso é de tal ordem que o tempo necessário para o adensamento desejado é incompatível com os prazos da obra ou quando há necessidade de acelerar a ocorrência dos recalques como nos casos de aterro com sobrecarga temporária e de aterro construído em etapas podem ser empregados drenos verticais O conjunto de fotografias mostra a execução da técnica de acelaração de recalques a partir da execução de drenos verticais de areia para uma área de fundação de uma barragem de terra A foto mais a esquerda mostra o equipamento trado mecânico utilizado para furar a camada mole A foto acima mostra vários pontos equidistantes em que foram executados os furos e a inferior mostra a área que recebeu os inúmeros furos de drenos Durante a construção do aterro são gerados excessos de pressão na água dos poros da camada argilosa a qual migra das regiões de alta pressão para as fronteiras drenantes No caso de uma camada argilosa com duas faces drenantes o caminho da drenagem é igual à metade da espessura da camada A presença de drenos verticais com espaçamento relativamente pequeno entre si da ordem de 1 a 3 m diminui esse caminho fazendo com que a dissipação dos excessos de pressão se dê em um tempo muito menor Como os tempos de adensamento são proporcionais ao quadrado do caminho da drenagem se este for dividido por dois o tempo de adensamento será quatro vezes menor Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 30 O cálculo da instalação de drenos verticais é feito através da teoria desenvolvida por Nabor Carillo em 1942 e descrita por Richart 1957 A figura 29 mostra uma instalação típica de drenos de areia incluindo drenos longitudinais coletores e instrumentação usual Para dimensionar uma rede de drenos que permita obter um grau de adensamento de U em um tempo t desejado devese proceder da seguinte maneira Magnan 1983 Figura 29 Instalação típica de drenos de areia determinar a partir do perfil geotécnico deo terreno a espessura h e a distância de drenagem vertical H da camada compressível através de ensaios de adensamento obtémse os valores dos coeficientes de adensamento c e c para os fluxos nas direções vertical e horizontal respectivamente calcular o grau de adensamento vertical U que se pode atingir no tempo t desejado através da teoria do adensamento unidimensional de Terzaghi com os parâmetros H e c e utilizando os ábacos da figura 30 Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 31 Figura 30 Abacos para cálculo do grau de adensamento vertical U calcular o grau de adensamento horizontal U necessário para alcançar no tempo t o grau de adensamento global através da fórmula de Carillo figura 31 na qual os graus U são expressos em decimais Figura 31 Ábaco para cálculo do grau de adensamento horizontal determinar os diâmetros d e D dos drenos e de suas zonas de influência de modo a se obter por adensamento horizontal um grau de adensamento U ao fim do tempo t utilizase o ábaco da figura 32 que fornece diretamente a relação entre d e D desde que c U e t sejam conhecidos através do diâmetro D a zona de influência de cada dreno calcular o espaçamento L dos drenos pelas fórmulas L D 113 no caso de malha quadrada L D 105 no caso de malha triangular Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 32 Figura 32 Ábacos para a determinação dos diâmetros d e D dos drenos e de suas zonas de influência Como pode ser verificado pelo ábaco da figura anterior há uma infinidade de conjuntos de valores de d e D que satisfazem a solução do problema A distância entre os drenos só pode ser fixada se for fornecido o diâmetro dos mesmos o qual depende do tipo de dreno que se vai utilizar Em cálculos preliminares é comum adotar um diâmetro de 30 cm No caso de drenos tipo cartão é indispensável levar em conta a reduzida permeabilidade na direção vertical e calcular um diâmetro de dreno circular equivalente Cada fabricante fornece características de seu dreno e indica a maneira de efetuar esses cálculos Exemplo 9 Considerese uma camada argilosa com 20 m de espessura drenada ambos os lados e com coeficientes de adensamento vertical Cv 20 x 108 m2s e horizontal Ch 5 x 108 m2s para a qual se deseja dimensionar uma rede triangular de drenos com 30 cm de diâmetro que permita obter uma portcentagem de adensamento de 80 em três meses Pelos ábacos das figuras 30 a 32 podem ser determinados sucessivamente com H 202 10 m a camada apresenta drenagem pelas duas faces o grau de adensamento vertical ou seja U 5 figura 30 o grau de adensamento horizontal necessário ou seja U 79 80 figura 31 o diâmetro da zona de influência de drenos com 30 cm de diâmetro ou seja D 150 m e o espaçamento dos drenos para malha triangular ou seja L 150105 143 m Os cálculos de drenos verticais assim efetuados são simplificados pois desprezam o efeito do amolgamento e da diminuição da permeabilidade do solo ao redor do dreno decorrentes da cravação A consideração desse efeito conhecido como smear nos cálculos de drenos verticais é simples mas foge ao escopo deste manual A experiência acumulada Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 33 internacionalmente com o uso de drenos verticais e os cálculos dos mesmos são detalhados por Magnan 1983 Resultados comparativos de cindo diferentes tipos de drenos verticais instalados em argila mole do Rio de Janeiro são apresentados por Collet 1986 e Almeida et al 1989 b Précarregamento O uso de sobrecargas temporárias ou de précarregamento tem por objetivo alcançar rapidamente o recalque final previsto para o aterro antes de sua entrega ao tráfego e consiste na colocação sobre o mesmo de uma camada extra durante o tempo t necessário para que o recalque final previsto para o aterro sem essa sobrecarga seja obtido Após o tempo t a sobrecarga é retirada deixandose o aterro no greide de projeto figura 33 Os cálculos de recalques e de sua evolução no tempo ítem 2 1 3 2 assim como os de estabilidade ítem 2 1 3 1 devem ser feitos para as duas alturas de aterro Como a altura total de aterro incluindo a sobrecarga deve ser compatível com a resistência do solo de fundação o emprego dessa solução sofre algumas limitações Por exemplo se o solo de fundação tiver resistência muito baixa pode ser necessário o uso de bermas temporárias para garantir a estabilidade do aterro ou se a espessura do depósito mole for superior a 5m a altura de sobrecarga eficaz será grande equivalente ou pouco menor que a espessura do depósito podendo requerer o emprego de métodos de aceleração de recalque drenos verticais Em ambos os casos o emprego de sobrecarga ficará onerado Figura 33 Utilização de sobrecarga temporária para aceleração dos recalques É necessário ainda prever um local para depósito do material constituinte da sobrecarga ou seu reemprego em outro local próximo da estrada após sua remoção Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 34 Apesar dessas limitações e excluindo a possibilidade de remoção total da camada mole esse método é o mais eficaz para se obter um greide final livre de recalques e o mais usado em locais críticos de estradas como encontros de pontes e viadutos e locais de passagem de bueiros Figura 34 A figura ilustra um exemplo em que foram utilizadas duas técnicas em conjunto para aceleração dos recalques esperados a da construção de drenos verticais de areia associado à um colchão drenante e a construção de um aterro excedente a ser removido com a intenção de atuar como um carregamento maior do que irá atuar c Estacas de material granular como elemento de reforço e drenantes Estacas de areia ou de brita podem ser utilizadas como elementos de reforço e drenantes no interior de camadas compressíveis conforme demonstrado em inúmeras observações de campo e em modelos físicos de laboratório As vantagens das estradas granulares são Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 35 diminuição de recalques do aterro diminuição de deslocamentos laterais do aterro aceleração de recalques com o tempo melhoria da capacidade de suporte permitindo que seja atingida uma maior altura de aterro Em geral as estacas granulares são utilizadas sob todo o aterro mas podem ser empregadas apenas na região sob o talude quando os objetivos principais forem o aumento da capacidade de suporte da fundação e a diminuição de deslocamentos laterais Mesmo nesses casos Almeida et al 1985 Almeida e Parry 1986 as estacas granulares contribuem para a diminuição dos recalques e para sua aceleração d Estacas de alívio Nessa solução o aterro é inteiramente suportado por estacas e como o subsolo não é solicitado não ocorrem recalques No Brasil essa solução tem sido utilizada para fundações de tanques de petróleo Em estradas foi usada na Suécia e na Tailândia não havendo registros de seu emprego em estradas brasileiras É uma solução adequada para superar os problemas de empuxos laterais de aterros sobre a argila mole junto a encontros de pontes Um projeto desse tipo foge à alçada deste curso uma vez que exige estudos particulares e o emprego de metodologia de cálculo ainda não sedimentada 1 6 Instrumentação Geotécnica Introdução Em alguns casos de obras de engenharia principalmente aquelas de grande porte ou que envolva algum nível maior de risco que possa comprometer não só perdas materiais significativas mas também risco de perda de vidas humanas há a necessidade de se acompanhar a evolução do seu comportamento após a sua conclusão Assim nestes casos são montados instrumentos apropriados para o acompanhamento com leituras das informações mais relevantes no que se refere ao seu comportamento Técnicas e Instrumentos Disponíveis As técnicas de observação do comportamento de aterros sobre solos moles incluem a seleção do tipo e a determinação da quantidade de instrumentos a serem utilizados sua localização e instalação a aquisição de dados a análise e a interpretação dos resultados Esse conjunto de técnicas constitui o que se chama de instrumentação geotécnica e tem sido objeto de grande interesse e desenvolvilmento no Brasil nos últimos dez anos A instrumentação geotécnica é diferenciada para casos correntes e casos especiais de construção de aterros sobre solos moles Nos primeiros são utilizados equipamentos que por sua simplicidade podem ser fabricados na própria obra estando incluidos nessa classificação o piezômetro Casagrande o medidor de nível profunda e o marco superficial Alguns desses instrumentos como o piezômetro Casagrande e a placa de recalque possuem tubos de acesso cuja extremidade superior fica acima do nível do aterro prejudicando o tráfego na rodovia inclusive durante a construção Assim quando a manutenção da instrumentação de um aterro rodoviário é necessária por um longo período inclusive após sua Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 36 liberação ao tráfego devido as características do solo de fundação ou seja nos casos especiais de construção de aterro devem ser usados equipamentos mais sofisticados fabricados por instituições técnicas e que demandam pessoal especialmente treinado para sua instalação e operação e para a análse dos resultados É importante ressaltar que a observaçào do comportamento de uma obra levar a uma redução de custos e ao aumento da segurança e da confiabilidade O custo de um programa de observação atinge no máximo 3 do custo total da construção sendo portanto insignificante em relação ao custo total da obra Programa de Monitoração As fases de um programa de monitoração constam da figura a seguir Somente através do planejamento cuidadoso de cada uma delas os investimentos em observação do comportamento de uma estrutura podem apresentar o retorno esperado Programa de Observação Os custos relativos de cada uma dessas fases são FASE CUSTO Aquisição do instrumento 10 Instalação 20 Aquisição de dados 20 Análise 50 TOTAL 100 Observase que o custo relativo das fases de leitura e análise é maior que o das precedentes representando 70 do custo da instrumentação É importante ressaltar porém que a experiência demonstra que muitos programas de observação de obras resultam em insucesso mais por insuficiência de alocação de recursos em aquisição de dados e análise do que por falha na quantidade de instrumentos ou em sua instalação Decidir quanto ao objetivo da instrumentação Selecionar os instrumentos e as grandezas a serem medidas Planejar o número de seções a serem instrumentadas e a localização dos instrumentos Testar e instalar instrumentos e obter leituras iniciais Efetuar leituras durante eou após a construção Processar e analisar os dados Previsão do comportamento da obra Reavaliação Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 37 Planta 01 Exemplo de projeto de instrumentação em planta da fundação de uma barragem de terra sobre 100m de solo mole Objetivos da Instrumentação Sumariamente a instrumentação pode ter os seguintes objetivos conforme Peck 1969 Terzaghi et al 1967 detecção de perigo iminente obtenção de informações vitais durante a construção avaliação do comportamento de medidas corretivas por exemplo reforço de fundação melhoria do método construtivo acumulação de experiência local prova judicial avaliação de modelos matemáticos e de mecanismos de comportamento Em se tratando de aterros sobre solos moles os problemas mais importantes são os que dizem respeito à estabilidade e as deformações os quais estão inseridos nas observações destinadas a detecção de perigo iminente e à obtenção de informações vitais durante a construção